Biofísica P1

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Estrutura da Membrana
 É responsável pela delimitação da célula, ou seja, separa o meio intracelular (citosol) do meio extracelular.
 É também responsável pelo controle de entrada e saída de substâncias, atividade essa conhecida como permeabilidade seletiva. 
 Esta é composta por uma dupla camada fosfolipídica, a qual possui extremidades polares e apolares, que se movimentam entre si, permitindo uma maior permeabilidade.
 Além disso, as membranas possuem proteínas que funcionam como sensores, os quais permitem que a célula mude seu comportamento em resposta aos sinais ambientais. 
 P.S.: Os fosfolipídios mais comumente encontrados nas membranas de células animais são os fosfoglicerídeos, os quais possuem uma estrutura central de glicerol.
 A composição dessa membrana se dá por três principais tipos de lipídios: fosfolipidios, colesterol e glicolipídios. As proteínas que compõem a membrana podem ser Integrais ou Periféricas. 
 
 (O fosfolipídio tem a cabeça que é polar e o corpo apolar)
 Para que a permeabilidade seja efetiva, os fosfolipídios interagem entre si. Dentre essas interações, estão os movimentos que os mesmos realizam, tais quais:
Rotação 
Flexão 
Difusão lateral
Flip-Flop
 Como já discutido, entre os lipídios das camadas existem proteínas que desencadeiam suas respectivas funções. No entanto, por suas diferentes polaridades com os fosfolipidios, o acoplamento destas fica comprometido. Para isso, existe uma forma para esse acoplamento acontecer: os fosfolipidios agrupam-se ao redor dessas proteínas, deixando regiões mais densas que outras, conhecidas como Balsas Lipidicas (lipid rafts)
Transporte Celular
 Como visto anteriormente, a membrana plasmática possui a função de “barreira”. Essa função faz com que diferentes substâncias, sobretudo químicas, concentrem-se no interior da célula. Para isto, as células tiveram de desenvolver meios para ingerir nutrientes, essenciais, excretar produtos metabólicos e regular concentrações intracelulares de íons. Assim, foi desenvolvido o sistema de transporte através de proteínas. Estas dividem-se basicamente, em dois grandes grupos:
Proteínas transportadoras 
Proteínas canais
Proteínas Transportadoras: também conhecidas como carregadoras, ligam o soluto específico a ser transformado e sofrem uma série de mudanças conformacionais para transferir o soluto ligado através da membrana.
Proteínas canais: em contraste, interagem muito fracamente com o soluto a ser transportada e formam poros aquosos que se estendem através da membrana. Elas emitem resposta da sua função somente na presença de íons ou moléculas específicas. 
Transporte Passivo : É o transporte caracterizado pelo pouco (ou nenhum) gasto de energia. Ele pode dividir-se em três: Difusão simples, Difusão facilitada e Osmose. 
 - Difusão Simples : É a passagem de soluto do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, de modo que não depende de uma proteína para ser realizado. O soluto passa entre a dupla camada da membrana. Ex: Oxigênio, Gás carbônico
*Para isso ocorrer, as moléculas devem ser muito pequenas e é um processo relativamente rápido.
**Exemplo pratico : Hematose 
P.S.: A palavra “Difusão” está sempre referente ao soluto. Importante não confundir com Osmose, que se refere à água. 
 
 - Difusão Facilitada : É caracterizada pelo auxílio de proteínas transmembranas (proteínas canais) para que esse transporte aconteça. Ex: Glicose 
 
 - Osmose : É a passagem de água (solvente) de um meio menos concentrado para o meio mais concentrado, pois ela tende a diluir a maior quantidade de soluto possível. 
Transporte Ativo : É o transporte cujo principal aspecto é o gasto de energia, o qual pode dividir se em Primário e Secundário. Nesse transporte, o soluto tende a ir do meio menos concentrado para o meio mais concentrado, ou seja, contra o gradiente de concentração. 
P.S.: A Bomba de Sódio e Potássio é o principal exemplo pratico de transporte ativo.
 - Primário : Este está acoplado a quebra de uma ligação covalente de uma molécula de ATP, no momento em que este está ligado a uma proteína transmembrana, transformando-se em ADP+P, o que muda a confirmação dessa proteína, abrindo o canal e perfeitinho o fluxo de íons. Ex: Bomba de Sódio e Potássio 
 - Secundário : Este transporte também depende desta mesma energia do transporte primário, no entanto, ela é obtida através de um transporte primário que está ocorrendo paralelamente à este.
Outro tipo de transporte ativo, porém, mais simples é a Endocitose. Esta pode dividir-se de duas formas: Pinocitose e Fagocitose. Ambas irão se diferenciar apenas pelo tipo de molécula que estará sendo endocitada no momento ou pelo movimento realizado pela membrana. 
P.S.: A fagocitose é comumente reproduzida pelos glóbulos brancos do sistema imunológico.
Pinocitose : Absorve moléculas que estão diluídas no meio extra para o meio intracelular, através da invaginação da membrana. 
Fagocitose : Absorve grandes moléculas circulantes do meio extracelular para o meio intracelular, de modo que haja a projeção da membrana sobre a molécula. 
Além disso, esses transportes se dão de diferentes formas, as quais podem ser: Uniporte, Simporte, Antiporte.
Uniporte : A molécula em questão é específica de um transportador o qual permitirá que apenas ela passe por ele em um único sentido. 
Simporte : Duas moléculas diferentes “dividem” um mesmo transportador. O qual permitem-nas passarem juntas em um mesmo sentido. Ex: absorção gástrica de glicose. 
Antiporte : Duas moléculas diferentes, também “dividem” o mesmo transportador, que permite o efluxo e o influxo dessas moléculas. Ex: Bomba de sódio e potássio.
Sinalização Química
 
 A sinalização química é importante para a intercomunicação entre as células de um organismo. Com ela. As células recebem mensagens que tem por objetivo, atribuir uma função a um grupo de células, a fim de se obter algum tipo de resposta. Para que isso ocorra é necessária a presença de um emissor(uma célula), um receptor(uma célula), uma mensagem(um elemento químico) e uma resposta(inibição ou ativação de algum processo bioquímico). 
 Os mecanismos a serem discutidos, são usados para alterarem o comportamento celular em benefício do organismo como um todo. A célula responde a uma variedade de sinais, os quais podem ser de diferentes tipos, tais quais:
Sobrevivência 
Crescer e dividir
Diferenciar (mais comum na vida embrionária) 
Morte (célula apoptótica)
P.S.: Um mesmo sinal pode desencadear mais de uma reação, ou seja, mais de uma resposta numa mesma célula. 
A molécula sinalizadora, pode ser recebida em diferentes locais da célula de acordo com a sua natureza. 
Na membrana plasmática por proteínas transmembrana quando o sinal tem natureza hidrofílico, e não atravessa a membrana plasmática por Difusão.
No citoplasma da células por proteínas receptoras internas quando o sinal tem natureza hidrofóbica, e atravessa a membrana plasmática. 
Além disso, existem diferentes formas de atuação dessas sinalizações, as quais possuem suas respectivas propriedades, sendo elas:
Integração de sinais : Ocorre quando uma única célula recebe diferentes sinais simultaneamente. 
OBS: Nesse caso a célula pode gerar uma única resposta que seja capaz de atender todos os sinais. 
Dessensibilização/Adaptação : Ocorre quando um determinado sinal acopla-se a um receptor. (Geralmente, receptores transmembrana) os quais gerarão uma resposta de feedback que, por sua vez. Bloqueia ou retira esse receptor da superfície da célula. Porém, isto ocorre por diferentes vias. 
Sequestro de Receptor: O receptor será endocitado pela célula, permanecendo armazenada, de modo que, com o tempo, poderá ser reinserido à superfície da membrana, voltando assim à sua atividade ótima. 
Down-regulation : O receptor em questão é internalizado subsequentemente,é degradado, forçando a célula a produzir um novo para ficar em seu lugar.
Inativação : O receptor da membrana sofre uma mudança conformacional, fazendo assim, com que ele perca sua capacidade de ação do sinal.
Produção de uma via Inibitória : A célula em questão, produz uma proteína que inibe a via de transdução de sinal, devido a uma ação prolongada.
Especificidade : O receptor será responsável por responder e gerar resposta a apenas um tipo de sinal específico. 
Amplificação : Enzimas são capazes de ativar outras enzimas, fazendo com que a quantidade de moléculas afetadas aumente geometricamente, gerando uma cascata enzimática. Ex: Proteína G
Além das propriedades, a sinalização química dividi-se em diferentes tipos:
Autócrina : A célula sinalizadora emitirá um sinal, o qual atuará nela mesma. 
Parácrina : A célula sinalizadora emitirá um sinal, o qual atuará em células alvo próximas, conhecido como mediador local. 
Endócrina : A célula sinalizadora emitirá um sinal, comumente chamado de Hormônio que irá atuar em células alvo, através da corrente sanguínea. 
Neuronal/Sináptica : Célula sinalizadora (geralmente um neurônio) emite um sinal ( neurotransmissor ) que atuará pela fenda sináptica em sua célula alvo ( neurônio, células musculares ou glândulas )
Dependente de contato : Proteínas ligadas à uma membrana plasmática, interagem com receptores de uma células adjacente. Ex: Fatores de crescimento epidérmico EGF *Formam junções comunicantes
Receptores Ionotrópicos 
São receptores formados por proteínas canais que permitem a passagem de fluxo de íons e são ativadas por um determinado ligante. São caracterizados por produzirem uma resposta rápida e direta, sem muitas cadeias de reações após a ativação. 
*Via primária de resposta ou primeiros mensageiros. 
Os primeiros receptores ionotropicos são : AMPA, NMDA, GABAA, e Nicotinicos de Acetilcolina. 
AMPA : É um receptor tetrâmero, ou seja, formado por quatro subunidades.
 Seu agonista endógeno é o GLUTAMATO.
 Permeável a Sódio e Potássio, dependendo da composição das subunidades, é permeável também ao cálcio. 
 É excitatório. 
 P.S.: Sem a subunidade GluR2, o receptor AMPA se torna permeável a íons cálcio. 
NMDA : É um receptor tetrâmero.
 Seu agonista endógeno é o GLUTAMATO.
 Permeável a Sódio, Potássio e Cálcio. 
 É excitatório.
 É dependente de ligante e despolarização previa. 
GABAA : É um receptor pentâmero.
 Seu agonista endógeno é o GABA.
 Permeável a íons Cloreto 
 É Inibitório. 
 P.S.: Propriedades do GABAA
 Benzadiazepinicas: aumentam a afinidade do GABA pelo receptor GABAA
 Barbitúricos: aumentam a duração da abertura do receptor GABAA (Não depende do GABA)
Nicotinicos de Acetilcolina : É um pentâmero. 
 Pode ser Homomérico (subunidades iguais) ou Heteroméricos (subunidades diferentes). 
 Seu agonista endógeno é Acetilcolina.
 Permeável a Sódio, Potássio e Cálcio.
 É Excitatório.
Receptor Metabotrópico
Os receptores Metabotrópicos possuem um tempo de resposta um pouco mais demorado, visto que para que se haja resposta celular, há uma cascata de ativação diferentes reações, caracterizando-a com a via secundária de resposta ou segundo mensageiros.
Para isso, é necessário entender que o segundo mensageiro é a Proteína G, a qual possui uma composição trimérica de suas subunidades (Alfa, Beta e Gama) além de existirem variedades dessa proteína.
Proteína Gs (estimulante)
Complexo trimérico (Alfa, Beta e Gama) da Proteína G está associado ao GDP, o qual sofrerá uma fosforilação (ganho de fosfato), juntando se à subunidade alfa, o que forma a composição Alfa + GTP e se separa das outras subunidades (Beta e Gama)
Essa composição, irá se acoplar a uma enzima chamada Adenilato ciclase, formando o complexo Adenilato ciclase + AlfaGTP.
Esse complexo, após formado, é responsável pela conversão de ATP em AMP ciclico (AMPc) por seu dominio catalítico.
Quando convertido, o AMPc será responsável por se ligar a Proteína Kinase (PKA), que fará com que suas subunidades regulatórias e catalíticas se separem. 
É formado o complexo AMPc+PKA (subunidade catalitica), fazendo com que a função da PKA seja ativada.
A subunidade catalítica da PKA (proteina em forma ativa) é responsável por produzir as respostas celulares.
Proteína Gq
 Complexo trimérico (Alfa, Beta e Gama) da Proteína G está associado ao GDP, o qual sofrerá uma fosforilação (ganho de fosfato), juntando se à subunidade alfa, o que forma a composição Alfa + GTP e se separa das outras subunidades (Beta e Gama)
Essa composição, irá se acoplar a uma enzima chamada Adenilato ciclase, formando o complexo Adenilato ciclase + AlfaGTP.
Esse coplexo Adenilato ciclase+ AlfaGTP irá induzir os fosfolípidios da membrana plastmática a se converterem em Diacilglicerol (DAG) e Inositoltrifosfato (IP3)
Após a conversão, cada um exercerá uma função diferente. A DAG irá ativar a via de produção de proteína PKA. O IP3 irá ativar os canais de Calcio presentes no Retículo Sarcoplasmático, o que permitirá a liberação desse íon, o qual irá interagir com a PTN Calmodulina, formando o complexo Calmodulina +Cálcio. 
O complexo Calmodulina + Cálcio ativa a PKA, a qual com sua subunidade catalítica, irá produzir os efeitos e respostas da célula.
Proteína Gi/G0
 Complexo trimérico (Alfa, Beta e Gama) da Proteína G está associado ao GDP, o qual sofrerá uma fosforilação (ganho de fosfato), juntando se à subunidade alfa, o que forma a composição Alfa + GTP e se separa das outras subunidades (Beta e Gama)
Essa composição, irá se acoplar a uma enzima chamada Adenilato ciclase, formando o complexo Adenilato ciclase + AlfaGTP.
O complexo Adenilato ciclase + AlfaGTP deixa de converter ATP em AMPc.
Diminuição da ativação da função da PKA.
Complexo Beta e Gama interagem com os canais de Potássio, provocando grande efluxo desse íon, o que acaba por gerar uma hiperpolarização da célula, reduzindo sua função. 
Receptores Catalíticos
Estes receptores se comportam como enzimas quando ativadas por um ligante específico. A maioria destes receptores apresentam uma região citoplasmática catalítica que se comporta como uma tirosina Kinase. Uma proteina alvo é fosforilada em resíduos específicos de tirosina, mudando assim, a sua conformação. Ex: Receptor de insulina.
Receptores Tirosina cinase
Receptores acoplados a Tirosina cinase
Receptores serina/treonina cinase
Receptores com atividade guanilil ciclase
Receptores histidina-cinase
Bioeletrogênese
Potencial de Repouso
Como já visto, a membrana plasmática é um meio de se controlar o fluxo de substâncias ou íons de uma célula ( Função de barreira seletiva). No caso dos íons, são utilizados canais e bombas iônicas, os quais permitem esse fluxo. 
Esses canais oferecem diferentes permeabilidades aos íons da membrana, em que dois principais fatores influenciam esse quesito, sendo eles:
Quantidade de canais existentes
Facilidade que os íons passem por eles
P.S.: Quanto maior o número de canais e a afinidade dos íons por ele, maior e mais rápido será o potencial de repouso, que tende ao equilíbrio.
Esses canais podem ser de diferentes tipos:
Abertos permitem o fluxo livre dos íons permeáveis.
Fechados - dependem de um estímulo para abrir (mecanico, elétrico ou quimico)
Íons importantes 
Potássio - maior concentração INTRACELULAR
Sódio - maior concentração EXTRACELULAR
Bomba Sódio/Potássio ATPase
Transporte ativo ( contra o gradiente de concentração e uso de ATP)
3 Sódios pra fora e 2 Potássios pra dentro
Potencial -> capacidade - energia acumulada
Potencial Elétrico -> capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho
Potencial de Membrana -> diferença de potencial elétrico em Volts atraves da membrana
Potencial de Repouso -> É a diferença de potencial elétrico que as fases internas e externas na mesma membrana de um neurônioque não esta transmitindo impulsos nervosos.
Outros íons presentes
Cloreto - maior concentração EXTRACELULAR
Cálcio - maior concentração EXTRACELULAR
Ânions orgânicos - não atravessam canais 
Potencial de Ação 
O potencial de ação é a rápida inversão de polaridade de uma célula, a qual, em repouso, está com o citoplasma carregado NEGATIVAMENTE em relação ao meio extracelular.
Ou seja, no potencial de ação haverá uma inversão a qual o meio intracelular ficará MAIS POSITIVO que o meio extracelular.
P.S.: Esse evento é momentâneo.
1- P.A. é constante
2- P.A. é unidirecional
3- P.A. de um boi e de um coelho será igual
Fases
1 - Membrana em repouso
2 - Fase ascendente ou Despolarização - Influxo de Sódio (entrada)
3 - Fase descendente ou Repolarização - Efluxo de Potássio (saída)
4 - Pós hiperpolarização - canais de Potássio abertos e Sódio inativados.
A condução do P.A. é unidirecional, pois existe um PERIODO REFRATÁRIO que o impede de voltar.
Periodo refratário absoluto - muitos canais de Sódio estão fechados.
Periodo refratário relativo - muitos canais de Sódio estão fechados e canais de Potássio ainda estão abertos.
Fatores que influenciam a velocidade do P.A.
Quando mais longo o caminho, mais rápida a condução.
Diâmetro do axônio.
Bainha de mielina.
Densidade de canais de Sódio dependentes de Voltagem.
Junção Neuromuscular
Há um neurônio motor que vai se aproximar da fibra muscular e com isso, irá se ramificar, formando várias especializações, os BOTÕES SINÁPTICOS. Toda região composta por botões sinápticos é chamada de PLACA MOTORA.
OBS.: As sinapses periféricas entre neurônios motores e fibras musculares só produzem 1 neurotransmissor e se projetam para diferentes regiões do corpo; as centrais produzem cinco neurotransmissores.
Na célula pós-sináptica, existem invaginações, conhecidas como DOBRAS JUNCIONAIS na placa motora. Na parte apical, apresenta receptores nicotínicos ionotrópicos e na parte basal, tem canais de Sódio dependentes de voltagem.
Entre o neurônio motor e a fibra, tem a LÂMINA BASAL composta por proteínas da matriz extracelular e onde tem Acetilcoliesterase.
1 neurônio motor pode se projetar para estas fibras, 1 fibra projeção de 1 neurônio motor. 
Quando a fibra muscular está imatura, apresenta receptores de ACO dispersas e com a chegada do neurônio motor, começa a diferenciação. A AGRINA é liberada pelo neurônio motor na fenda, onde ela se liga a proteína LQP4 ligadora. Ela, ativa o receptor MUSK que, quando ativo, recruta a proteina RAPSINA que favorece a agregação dos receptores de ACO.
Na formação da placa motora, caso outro neurônio motor apareça nessa região em que já existe uma projeção, ocorre COMPETIÇÃO SINÁPTICA e com o amadurecimento, há perda de um deles.
Os potencias da placa motora possuem uma amplitude muito alta, se comparada com as sinapses centrais, sendo SEMPRE supralimiares.
Contração Muscular
Ocorre com a liberação da acetilcolina (ACO) nas junções neuromusculares. Isso irá gerar potenciais excitatório pós sinápticos (PEPS).
Esses PEPS irão estimular os canais de Sódio dependente de voltagem, desencadeando um P.A. na fibra.
Filamentos Finos - Actina Filamentos Grossos - Miosina
O P.A. que chega pelo sarcolema, é conduzido pelos TÚBULOS T.
Esse P.A. chegará aos canais de Cálcio dependentes de voltagem presentes no ETÍCULO SARCOPLASMÁTICO.
O Retículo Sarcoplasmático liberará o Cálcio, o qual se ligará às TROPONINAS que em repouso, estão recobrindo os sitios de ligação de Actina. Após essa ligação, esses sitios são expostos e podem ligar-se com as cabeças de Miosina, permitindo a interação entre eles, em forma de deslizamento com que as linhas se aproximem.
Eles só deslizam com gasto de ATP
Para que a contração seja mais forte, esse processo deve ocorrer diversas vezes seguidas.
Pode haver relaxamento, o Retículo Sarcoplasmático recapta o Cálcio do complexo de Tropoina + Cálcio e o armazena.